(57)【要約】  土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システムと方法である。システムには調剤室、高圧グラウトポンプ、空気圧縮機、ジェットグラウトドリル、第二重管水流ジョイント、ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構、高圧噴射三重ドリルパイプの内管、高圧噴射三重ドリルパイプの外管、薬剤噴射ノズル、空気噴射ノズル、超硬合金ブロックとドリルビットから構成される。方法は、三角法に従って、薬剤の拡散する半径範囲内の全部が修復領域を覆うことを保証するようにパラメータを配置すること、ＧＰＳ測位後、パイロット掘削装置を噴射点の中心に配置すること、二重管で高圧注入修復を行うこと、気体や液体流体を利用して、修復剤と土壌及び地下水との完全に混合を達成するために、土壌を下から上に切断しながら地層中で拡散しることと、修復剤の残留、ｐＨ値や汚染物濃度のパラメータを得るための実験室試験を現場で迅速に組み合わせて、原位置での修復の効果を検証し、残留剤をモニタリングすることを含む。
2019519702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システムであって、調剤室（１）、調剤室の出口バルブ（２）、調剤室の出口ステンレス鋼クイックコネクタ（３）、高圧グラウトポンプの入口バルブ（４）、高圧グラウトポンプ（５）、高圧グラウトポンプの出口バルブ（７）、高圧グラウトパイプ（８）、空気圧縮機（１１）、空気圧縮機の出口バルブ（１３）、圧縮空気パイプ（１４）、ジェットグラウトドリル（１５）、パワーヘッド（１６）、高圧水流ジョイント（１７）、高圧水流ジョイントの薬剤流体入口（１８）、高圧水流ジョイントの空気流体入口（１９）、第二重管水流ジョイント（２０）、ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構（２１）、高圧噴射ドリルパイプ（２２）、高圧噴射三重ドリルパイプの内管（２３）、高圧噴射三重ドリルパイプの外管（２４）、薬剤噴射ノズル（２８）、空気噴射ノズル（３０）、超硬合金ブロック（３２）およびドリルビット（３３）を含み、前記調剤室（１）の出口に、調剤室の出口ステンレス鋼クイックコネクタ（３）によって高圧グラウトポンプの入口バルブ（４）に連結された調剤室の出口バルブ（２）が取り付けられ、該高圧グラウトポンプの入口バルブ（４）は、出口に高圧グラウトポンプの出口バルブ（７）が接続された高圧グラウトポンプ（５）の入口と連結され、ジェットグラウトドリル（１５）のパワーヘッド（１６）は下部に、高圧水流ジョイントの薬剤流体入口（１８）、高圧水流ジョイントの空気流体入口（１９）及び第二重管水流ジョイント（２０）が別々に装着された高圧水流ジョイント（１７）が接続され、高圧グラウトパイプ（８）の一端は高圧グラウトポンプの出口バルブ（７）と連結され、その他端は高圧水流ジョイントの薬剤流体入口（１８）と連結され、前記パワーヘッド（１６）は下部に、ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構（２１）に連結された巻き上げ式鋼線ロープが取り付けられ、高圧水流ジョイント（１７）は下部に、薬剤噴射ノズル（２８）が設けられた高圧噴射三重ドリルパイプの内管（２３）と、空気噴射ノズル（３０）が設けられた高圧噴射三重ドリルパイプの外管（２４）からなる高圧噴射ドリルパイプ（２２）が配置され、前記高圧噴射ドリルパイプ（２２）は底部に、超硬合金ブロック（３２）が取り付けられたドリルビット（３３）が装着され、前記高圧水流ジョイントの薬剤流体入口（１８）と高圧噴射三重ドリルパイプの内管（２３）とは連通し、前記高圧水流ジョイントの空気流体入口（１９）と高圧噴射三重ドリルパイプの外管（２４）とは連通しており、前記空気圧縮機（１１）の出口は空気圧縮機の出口バルブ（１３）と接続され、圧縮空気パイプ（１４）の一端は空気圧縮機の出口バルブ（１３）に連結され、圧縮空気パイプ（１４）の一端は高圧水流ジョイントの空気流体入口（１９）と連結され、前記第二重管水流ジョイント（２０）は高圧水流ジョイント（１７）と連結され、且つ密閉状態にある、ことを特徴とする土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム。
【請求項２】
前記薬剤噴射ノズル（２８）は水平１８０°に２つ分布し、前記空気噴射ノズル（３０）は水平１２０°に３つ分布し、前記空気噴射ノズル（３０）は前記薬剤噴射ノズル（２８）の下方１００〜２００ｍｍの位置に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム。
【請求項３】
前記高圧グラウトポンプ（５）は、グラウト圧力が、２５〜３０Ｍｐａで、前記空気圧縮機（１１）は、空気圧力が０．７〜０．８Ｍｐａである、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム。
【請求項４】
前記空気圧縮機（１１）は、ネジ式空気圧縮機である、ことを特徴とする請求項１に記載の土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム。
【請求項５】
土壌と地下水の原位置注入−−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システムであって、下記のステップ１〜３、すなわち、
ステップ１：配置と孔導入
三角法に従って、薬剤の拡散する半径範囲内の全部が修復領域を覆うことを保証するようにパラメータを配置し、ＧＰＳ測位後、パイロット掘削装置を噴射点の中心に配置し、回転衝撃穿孔の間、空気圧縮機を常にオンにし、圧縮された空気をパワーソースとして、空気圧縮機の空気圧力は０．７〜０．８Ｍｐａであり、空圧式ダウンホールハンマーでの衝撃回転穿孔方法により、注入点は開口径が１１０ｍｍ、深度が３〜５ｍになるようにして、混合土硬質層や敷地のコンクリートなどの基礎を貫通し、砂利層や破砕し易い崩壊層の場合には、高圧注入段階での高圧注入ドリルパイプの円滑な穿孔を確実にするために、穴にドリルで穿孔する必要があり、
ステップ２：修復薬剤の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入
二重管で高圧注入修復を行い、気体や液体流体を利用して、修復剤と土壌及び地下水との完全な混合を達成するために、土壌を下から上に切断しながら地層中で拡散し、噴射ドリルパイプを設計修復の最大深さまで穿孔した後、高圧グラウトポンプをオンにして、高圧液圧流体を噴霧しながら圧縮空気を噴射し、ジェットグラウトドリルを備える自動リフト機構を介して、下から上にドリルパイプをリフトしながら回転させ、薬剤が修復設計の最上レベルに噴射された後、高圧グラウトポンプが停止され、ドリルビットの完全な持ち上げまで圧縮空気を噴霧し続けてから空気の供給を停止し、薬剤噴射工程において、前記空気圧縮機は空気圧力が０．７〜０．８Ｍｐａ、前記高圧グラウトポンプはグラウト圧力が２５〜３０Ｍｐａで、グラウト流量は２０〜１２０Ｌ／ｍｉｎ、リフト速度は５〜２０ｃｍ／ｍｉｎ、薬剤の拡散半径は０．８〜３．５ｍであり、
ステップ３：薬剤反応の後期モニタリング
修復剤の注入と反応の後、一回の注入修復が完成した領域の拡散半径内に、複数の２インチのＰＶＣ地下水モニタリングウェル及び土壌サンプル点が設定され、土壌と地下水サンプルを取得し、修復剤の残留、ｐＨ値や汚染物濃度のパラメータを得るための実験室試験を現場で迅速に組み合わせて、原位置での修復効果を検証し、残留剤をモニタリングし、前記ステップは二回以上の注入補充修復を実施するか否かの根拠として、薬剤の投与パラメータの最適設計に対する指導作用を奏する、
を含むことを特徴とする、土壌と地下水の原位置注入−−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム及び方法に関し、土壌と地下水の原位置修復システム及び修復方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
土壌と地下水の環境は生態系の重要な部分であり、近年、世界的な工業化プロセスに伴い、我が国の土壌汚染がますます深刻化しており、その中でも、有機汚染と重金属汚染は、生態環境そのものを損なうだけでなく、環境や人の健康と安全を直接的に又は間接的に危険にさらす２つの重大な汚染となっている。より深刻なことに、揮発性及び半揮発性の有機汚染物質と可溶性重金属は、不飽和領域（通気ゾーン）で深い飽和領域（含水層）へ移動することで、地下水資源への脅威をもたらし、重大な結果を引き起こす可能性がある。
【０００３】
現在、一般的に使用されている土壌と地下水の修復工学技術は、２つのタイプ、即ち原位置修復と異所修復に分類され、その修復方法によれば、物理的修復、化学的修復及びバイオ修復に分類されている。異所修復は汚染土壌の掘削、輸送、異所修復／処理及び地下水の抽出、一時的保管や現場での異所処理を伴うため、汚染物質の漏出や拡散を引き起こし易い。そして処分工程は厳格に監督する必要があり、管理要求が高い。また、原位置修復は深い杭基礎の掘削と支援、杭基礎の降水と止水などの基礎的工事が含まれていないため、二次汚染を効果的に回避しながら、安全災害の可能性が低減できる。土壌と地下水の原位置修復技術は、近年、国内で用いられている。
【０００４】
汚染された現場における修復媒体の多様化（土壌と水の複合汚染、土壌の汚染、地下水の汚染という状況）、水理地質条件の複雑さ、汚染種類の多様化（有機汚染、重金属など）、汚染物質の特殊性やその土壌及び地下水中の不均一な分布と差異などの要因により、土壌と地下水の原位置修復の難易度と困難性が決定されている。したがって、我が国の国家条件に沿った土壌及び地下水修復のための原位置修復技術の研究開発が急務になった。
【０００５】
１９８０年代半ば以降、米国は既に土壌と地下水の浄化に多額の投資を行っており、新たな原位置修復技術、例えば、原位置化学酸化、原位置化学還元、原位置微生物修復等が出現している。
【０００６】
原位置化学酸化、原位置化学還元、原位置微生物修復技術とは、地下環境に修復剤（化学酸化剤、還元剤、微生物製剤）の投薬を介して、汚染物質と化学的に反応又は生化学的に反応させた後、非毒性や低毒性物質（二酸化炭素、水、三価クロムなど）に分解することで、汚染物資の除去・精製という目的を達成するものである。該技術は多種類の汚染物を同時に処理することができ、処理効率が高く、そのうち、微生物修復技術は低濃度の場所に適し、化学酸化／還元は汚染物の濃度に制限されることは少ない。
【０００７】
よく使われる還元剤（ゼロ価鉄、ＥＨＣ、硫酸第二鉄薬剤など）は、土壌及び地下水中のハロゲン化炭化水素、重金属（六価クロム）などの汚染物を修復することができる。よく使われる酸化剤（過硫酸塩、過酸化水素、過マンガン酸カリウムなど）は、土壌及び地下水中のベンゼン、ニトロベンゼン、石油炭化水素などの有機汚染物を修復することができる。微生物製剤は、土壌及び地下水中のベンゼン、石油炭化水素などの有機汚染物を修復することができる。
【０００８】
従来の修復剤の原位置での投与は主に、撹拌と注入／注射という２つのタイプがあり、そのうち、原位置注入／注射は、Ｇｅｏｐｒｏｂｅで直接圧力高圧注入、ウェル注入（ＰＶＣ注入ウェル）、Ｃｈｅｍｇｒｏｕｔグラウト技術、深度混合原位置グラウト技術及び他の地盤グラウト技術などに分類される。
【０００９】
米国特許Ｎｏ．５，６３９，１８８２の「土壌原位置修復方法」は、原位置での土壌の撹拌方法に関し、垂直に駆動されるインペラビットを備えた移動式クローラリグによって、汚染された土壌の原位置撹拌を実現可能である。使用される撹拌ドリルビットは一体化されたインペラビットであるので、撹拌深度が制限され且つ抵抗が大きく、それにより、応用の面では一定の制限があり、緩い地層の処理のみに適する。
【００１０】
申請番号が２０１５１０１５９４２３．２である「クロム汚染の原位置修復方法」という中国特許において、Ｇｅｏｐｒｏｂｅ高圧注入方法（最高圧力は１８Ｍｐａのみで、本質的に単一チューブ注入であり、施工効率が低く、工事応用要件を満足できないという欠陥がある）、配置方法が開示されたが、地下水の流れ方向や薬剤の拡散などの要素を考慮していない。申請番号が２０１４２０００９９８３．０である「土壌修復用高圧注入旋回ドリル」という中国特許は、本質的に単一チューブ注入である。
【００１１】
原位置ドリルの直接圧力注入は、一定の圧力をベースに、配置された薬剤を注入ドリルで汚染された地層に注入してから、汚染された土と酸化剤を均一に混合するまで絶え間なく撹拌し、それにより、汚染された土壌と地下水を修復する。出願番号がＵＳ・２００２／０１４３２２６Ａ１及びＵＳ００６４５７９０５である米国特許は、化学酸化原位置ドリル注入修復システムを２種類開示しており、両者はいずれもオーガドリルや注入ドリルビットを介して、化学酸化剤を汚染土に注入する。
【００１２】
申請番号が２０１４１０３８７７３５．４である「有機汚染土壌と地下水の原位置修復装置及び修復方法」、申請番号が２００１４０６１５５１６６．４である「汚染土壌と地下水の原位置化学酸化注入装置」などのウェル注入技術に関連する中国特許により、ウェル注入原位置化学酸化修復技術、即ち、修復前、修復領域に注入ウェルの設置を必要とする修復方法が提供される。該方法は通常、ＰＶＣ製ウェルを採用し、注入ポンプを空気圧ダイヤフラムポンプにして、注入圧力が低い（１．６Ｍｐａ以下）。一方、ウェルの構築費用はかなり高く、大量の注入ウェルの構築が必要で、基本建設の費用が高く、建設期間が長い、い。工事後、修復ブロックに注入ウェルが残され、後続の再開発と使用に悪い影響を与える。他方、（自然の流れや低圧注入を採用するため）注入圧力が不足しており、地層の条件が注入効果に大きな影響を及ぼし、粘土層や性質の不均一な地層に遭う場合、薬剤が均等に拡散できず、修復効果に影響し、修復を完了することさえできなくなる。飽和層土はグラウト化が困難であり、拡散半径が小さく、適用可能な地層が制限され、粘土層はその拡散効果がほとんどない。
【００１３】
原位置でのウェル注入は化学酸化修復システムであり、汚染された場所に注入ウェルを構築し、注入ウェルスクリーン管を介して、汚染された土壌層に酸化剤をある圧力で拡散させることによって汚染物質を分解する。出願番号がＮＯ・ＵＳ・２００３／００６９１４２の米国特許は、化学酸化ウェル注入システムを開示しており、該装置では、スクリーン管内の薬剤が溶解した後に地下水と一緒に流れ、且つ薬剤が固体粉末剤を含むスクリーン管の前に設けられた分流バッフルによって、標的領域に拡散することで、汚染された土壌と地下水を修復する。出願番号がＵＳ・２００８／０１７４５７１Ａ１の米国特許は、化学酸化原位置注入ウェル修復技術を開示しており、該修復システムは注入ウェルを介して、過酸化水素、オゾンと圧縮空気を地下に注入することで、汚染された土壌と地下水を酸化修復する。注入ウェルの構築は、米国のＧｅｏｐｒｏｂｅドリルや国内の地質掘削ドリル（３０ドリル、カードリルなど）を使用し、回転式や衝撃式の掘削方法を採用することが多いので、大規模の汚染サイトは、ウェルを構築するために一定の周期が必要である。
【００１４】
既存の高圧ジェットグラウトパイル技術は、杭基礎処理技術であり、地質分野では主に止水カーテン、斜面保護杭などの工事に応用され、ジェットグラウトドリルで穴を開けた後、ジェットドリルパイプを入れ、ノズルによって、地下に高圧セメントスラリーを噴射し、土壌を切断して固化杭や止水カーテンを形成し、基礎補強と止水効果に達する。
【００１５】
上記修復技術は、応用工程に一連の原位置修復システムと修復方法を必要とし、修復剤の投与を実現する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、従来の原位置修復システムにおける注入圧力の不足、注入効率の低下、薬剤拡散範囲の小ささ、飽和層の修復注入がグラウト量を保証しにくく拡散効果に影響を及ぼしてしまうなどの問題を解決することである。さらに、土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の目的は、下記のような技術様態によって実現される。
【００１８】
土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システムであって、調剤室、調剤室の出口バルブ、調剤室の出口ステンレス鋼クイックコネクタ、高圧グラウトポンプの入口バルブ、高圧グラウトポンプ、高圧グラウトポンプの出口バルブ、高圧グラウトパイプ、空気圧縮機、空気圧縮機の出口バルブ、圧縮空気パイプ、ジェットグラウトドリル、パワーヘッド、高圧水流ジョイント、高圧水流ジョイントの薬剤流体入口、高圧水流ジョイントの空気流体入口、第二重管水流ジョイント、ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構、高圧噴射ドリルパイプ、高圧噴射三重ドリルパイプの内管、高圧噴射三重ドリルパイプの外管、薬剤噴射ノズル、空気噴射ノズル、超硬合金ブロックおよびドリルビットを含む。前記調剤室の出口に、調剤室の出口ステンレス鋼クイックコネクタによって高圧グラウトポンプの入口バルブに連結された調剤室の出口バルブが取り付けられ、該高圧グラウトポンプの入口バルブは、出口に高圧グラウトポンプの出口バルブが接続された高圧グラウトポンプの入口と連結され、ジェットグラウトドリルのパワーヘッドは下部に、高圧水流ジョイントの薬剤流体入口、高圧水流ジョイントの空気流体入口及び第二重管水流ジョイントが別々に装着された高圧水流ジョイントが接続され、高圧グラウトパイプの一端と高圧グラウトポンプの出口バルブは連結され、その他端は高圧水流ジョイントの薬剤流体入口と連結される。前記パワーヘッドは下部に、ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構に連結された巻き上げ式鋼線ロープが取り付けられ、高圧水流ジョイントは下部に、薬剤噴射ノズルが設けられた高圧噴射三重ドリルパイプの内管と、空気噴射ノズルが設けられた高圧噴射三重ドリルパイプの外管からなる高圧噴射ドリルパイプが配置される。前記高圧噴射ドリルパイプは底部に、超硬合金ブロックが取り付けられたドリルビットが装着される。前記高圧水流ジョイントの薬剤流体入口と高圧噴射三重ドリルパイプの内管とは連通し、前記高圧水流ジョイントの空気流体入口と高圧噴射三重ドリルパイプの外管とは連通しており、空気圧縮機の出口は空気圧縮機の出口バルブと接続され、圧縮空気パイプの一端は、空気圧縮機の出口バルブに連結され、圧縮空気パイプの一端は高圧水流ジョイントの空気流体入口と連結され、前記第二重管水流ジョイントは高圧水流ジョイントと連結される。
【００１９】
土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復方法
ステップ１：配置と孔掘削
三角法に従って、薬剤の拡散する半径範囲内の全部が修復領域を覆うことを保証するようにパラメータを配置する。ＧＰＳ測位後、パイロット掘削装置を噴射点の中心に配置し、回転衝撃穿孔の間、空気圧縮機を常にオンにし、圧縮された空気をパワーソースとして、空気圧縮機の空気圧力は０．７〜０．８Ｍｐａであり、空圧式ダウンホールハンマーでの衝撃回転穿孔方法により、前記注入点の開口径が１１０ｍｍ、深度が３〜５ｍになるようにして、混合土硬質層や敷地のコンクリートなどの基礎を貫通すればよい。砂利層や破砕し易い崩壊層の場合には、高圧注入段階での高圧注入ドリルパイプの円滑な穿孔を確実にするために、穴にドリルで穿孔する必要がある。
【００２０】
ステップ２：修復薬剤の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入：
二重管で高圧注入修復を行い、気体や液体流体を利用して、修復剤と土壌及び地下水との完全な混合を達成するために、土壌を下から上に切断しながら地層中で拡散し、噴射ドリルパイプを設計修復の最大深さまで穿孔した後、高圧グラウトポンプをオンにして、高圧液圧流体を噴霧しながら圧縮空気を噴射し、ジェットグラウトドリルを備える自動リフト機構を介して、下から上にドリルパイプをリフトしながら回転させ、薬剤が修復設計の最上レベルに噴射された後、高圧グラウトポンプが停止され、ドリルビットの完全な持ち上げまで圧縮空気を噴霧し続けてから空気の供給を停止し、前記薬剤噴射工程において、前記空気圧縮機の空気圧力が０．７〜０．８Ｍｐａで保持され、前記高圧グラウトポンプはグラウト圧力が２５〜３０Ｍｐａで、グラウト流量は２０〜１２０Ｌ／ｍｉｎ、リフト速度は５〜２０ｃｍ／ｍｉｎ、薬剤の拡散半径は０．８〜３．５ｍである。
【００２１】
ステップ３：薬剤反応の後期モニタリング
修復剤の注入と反応の後、一回の注入修復が完成した領域の拡散半径内に、複数の２インチのＰＶＣ地下水モニタリングウェル及び土壌サンプル点が設定され、土壌と地下水サンプルを取得し、修復剤の残留、ｐＨ値や汚染物濃度のパラメータを得るための実験室試験を現場で迅速に組み合わせて、原位置での修復効果を検証し、残留剤をモニタリングし、前記ステップは二回以上の注入補充修復を実施するか否かの根拠として、薬剤の投与パラメータの最適設計に対する指導作用を奏する。
【発明の効果】
【００２２】
１．修復システムは、設計が簡単で、装置が小さくて移動し易く、原位置加熱、熱脱着や土壌浸出などの、設計が複雑な特殊な装置、例えば、排気や廃水システムが必要な他の技術よりも優れ、修復コストが原位置加熱や熱脱着などの技術より低く、原位置システムの修復効率と汚染物質の除去効果を最適に達成することができる、という有益な効果を有する。
【００２３】
２．ドリル高圧注入（Ｇｅｏｐｒｏｂｅドリル注入など）などの単一チューブ注入方法やＣｈｅｍｇｒｏｕｔグラウト方法に対して、本発明は気体、液体二重管高圧注入技術を採用し、一方、注入圧力が大きく（２５〜３０Ｍｐａ）、現在常用のドリルビットは最大注入圧力が１８Ｍｐａのみで、小さい注入圧力により、修復剤の拡散半径も小さくなり且つ均一に拡散できず、更に単一チューブ注入が浅層地下水に遭うと、修復サイトでのスラリーリターンが深刻になってしまう。それに、修復剤液体を注入する工程が高圧空気流を補助する作用は、修復剤の土壌と地下水環境における拡散効果が明らかに向上し、拡散半径が顕著に大きくなる。ドリルビット高圧注入が適する地層は少なく、浸透性の低い地層に注入することは、圧力の不足と単一チューブによる操作によって、優先的破砕通路の形成が容易になってしまい、注入効率が低い。また、ドリルビット注入システムに対して、配置したグラウトポンプの流量が小さいため、注入効率が低くなるという問題がある。したがって、本発明は、単一チューブ注入方法の拡散範囲が小さい、スラリーリターンが深刻である、注入効率が低いなどの欠陥を克服できる。
【００２４】
３．本発明はウェル注入技術に対して、その応用範囲が極めて大幅に拡大された。従来技術は中〜高浸透性の地層（例えば、微細砂亜、中粗砂などの地層）のみに適用可能であるが、本発明は、その技術が応用できる地層の範囲を低〜中浸透性の地層（例えば、シルト粘土、シルト、ミント粘土、粘土層）に拡大する。ウェル注入技術は、注入圧力が小さくて非飽和層や地下水位の深いサイトのみに適するが、本発明は、別の土壌汚染、土壌と地下水の複合汚染（飽和層）、別の地下水汚染などの場合に適用可能で、原位置注入工程における最大グラウト量とスラリーリターン課題を解決でき、注入効率を大幅に向上させる。同時に、本発明は深度リニアメートルに応じて薬剤の注入パラメータを制御できない注入ウェルよりも優れているので、薬剤の注入パラメータを深度区画によって最適化するための要求を、大きくて複雑な汚染部位の土壌と地下水管理に達成することができる。本発明において、注入点（ドリル孔）という方法で注入ウェルを置換するので、一方では、ウェル構築コストを節約でき、他方では、修復後のサイトにＰＶＣウェルなどの廃棄された装置がなく、薬剤の注入工事を完成した後、現場を整理せずに使用可能になる。本発明は、単一の孔がリニアメートル当たりの注入量が多く、一般的に、一回の注入（必要に応じて再噴射技術を応用する）だけで工事設計要件を満たすことができ、注入ウェルによる薬剤投与は複数回の断続的注入で実現するため、注入ウェルの修復周期はより長くなる。
【００２５】
４．本発明によって、孔導入段階では、空気圧衝撃回転掘削方法を採用するのに対し、注入ウェルの構築は今まで、米国のＧｅｏｐｒｏｂｅドリルや国内の地質掘削ドリル（３０ドリル、カードリルなど）を使用し、回転式や衝撃式の掘削方法を採用することが多い。大規模の汚染サイトは、ウェルを構築するために一定の周期が必要である。掘削工程中に、空気流により、一方では、施工効率を向上させてコストを軽減することができ、他方では、空気流の導入が雑地層の土壌細孔を開いて、後続の薬剤注入・薬剤の非飽和層への均一な拡散のために有利な条件を提供する。該孔導入方法はコストが低く、後続の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入作業の連続施工時間を保証できる。
【００２６】
５．従来のグラウト杭の施工技術に対して、本発明は、気体（空気）、液体（修復剤）二重管高圧注入技術を採用し、拡散半径の設計が分割理論と浸透拡散理論に基づき、薬剤の拡散半径＝撹拌半径＋浸透拡散区の半径である。しかしながら、グラウト杭は、一般に、気体（空気）、液体（水）、液体（セメントスラリー）の三重管技術によって、分割理論を基礎に、杭を成形する半径が本発明設計の拡散半径よりもはるかに小さく、同時に、三重管技術はスラリーリターンが深刻で、土壌と地下水の修復への応用は困難である。
【００２７】
６、例えば熱空気の脱出深度撹拌などの撹拌技術については、上から下に至る修復様態を用いるので、サンドイッチ層の修復課題を解決できないが、本発明は、特定深度注入修復を採用するので、撹拌技術が上部の非汚染部位に対する干渉、深刻な二次汚染を引起し、且つ杭基礎の荷重力を破壊するなどの欠陥と矛盾点を解決する。同時に、機械的撹拌のエネルギー消費は、本発明が採用する、気体、液体により有効な撹拌を行う装置のエネルギー消費よりもはるかに大きい。特定深度の修復はサンドイッチ層の土壌と地下水修復難題を解決し、施工の後、本来の荷重力を保ち、砂層土壌と地下水修復に対する経済的長所と高効率の施工は特に顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システム及び稼動原理を示す図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明するが、本実施例は本発明の技術様態を基礎に行うもので、詳細な実施方法を説明するが、本発明の保護範囲は下記実施例に制限されるものではない。
【００３０】
図１〜図４に示すように、土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復システムであって、調剤室１、調剤室の出口バルブ２、調剤室の出口ステンレス鋼クイックコネクタ３、高圧グラウトポンプの入口バルブ４、高圧グラウトポンプ５、高圧グラウトポンプの出口バルブ７、高圧グラウトパイプ８、空気圧縮機１１、空気圧縮機の出口バルブ１３、圧縮空気パイプ１４、ジェットグラウトドリル１５、パワーヘッド１６、高圧水流ジョイント１７、高圧水流ジョイントの薬剤流体入口１８、高圧水流ジョイントの空気流体入口１９、第二重管水流ジョイント２０、ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構２１、高圧噴射ドリルパイプ２２、高圧噴射三重ドリルパイプの内管２３、高圧噴射三重ドリルパイプの外管２４、薬剤噴射ノズル２８、空気噴射ノズル３０、超硬合金ブロック３２とドリルビット３３から構成され、前記調剤室１の出口に、調剤室の出口ステンレス鋼クイックコネクタ３によって高圧グラウトポンプの入口バルブ４に連結された調剤室の出口バルブ２が取り付けられ、該高圧グラウトポンプの入口バルブ４は、出口に高圧グラウトポンプの出口バルブ７が接続された高圧グラウトポンプ５の入口と連結され、パワーヘッド１６は下部に、高圧水流ジョイントの薬剤流体入口１８、高圧水流ジョイントの空気流体入口１９及び第二重管水流ジョイント２０が別々に装着された高圧水流ジョイント１７が接続され、高圧グラウトパイプ８の一端は高圧グラウトポンプの出口バルブ７と連結され、その他端は高圧水流ジョイントの薬剤流体入口１８と連結され、前記パワーヘッド１６は下部に、ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構２１に連結された巻き上げ式鋼線ロープが取り付けられ、高圧水流ジョイント１７は下部に、薬剤噴射ノズル２８が設けられた高圧噴射三重ドリルパイプの内管２３と、空気噴射ノズル３０が設けられた高圧噴射三重ドリルパイプの外管２４からなる高圧噴射ドリルパイプ２２が配置され、前記高圧噴射ドリルパイプ２２は底部に、超硬合金ブロック３２が取り付けられたドリルビット３３が装着され、前記高圧水流ジョイントの薬剤流体入口１８と高圧噴射三重ドリルパイプの内管２３とが連通し、前記高圧水流ジョイントの空気流体入口１９と高圧噴射三重ドリルパイプの外管２４とが連通しており、空気圧縮機１１の出口は空気圧縮機の出口バルブ１３と接続され、前記圧縮空気パイプ１４の一端と空気圧縮機の出口バルブ１３は連結され、もう一端は高圧水流ジョイントの空気流体入口１９と連結され、高圧水流ジョイント１７に第二重管水流ジョイント２０が連結され、且つ前記第二重管水流ジョイント２０は密閉状態にあるか、或は水ポンプと接続される（本実施例では、該ジョイントが密閉される）。
【００３１】
前記薬剤噴射ノズル２８は水平１８０°に２つ分布し、前記空気噴射ノズル３０は水平１２０°に３つ分布し、前記空気噴射ノズル３０は前記薬剤噴射ノズル２８の下方１００〜２００ｍｍの位置に配置される。
前記高圧グラウトポンプ５のグラウト圧力（薬剤の注入圧力）は２５〜３０Ｍｐａ、空気圧縮機の空気圧力は０．７〜０．８Ｍｐａである。
【００３２】
前記空気圧縮機１１はネジ式空気圧縮機である。
【００３３】
本実施例は土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復方法に関し、以下のステップ１〜３を含む。
ステップ１：配置と孔導入掘削
三角法に従って、薬剤の拡散する半径範囲内の全部が修復領域を覆うことを保証するようにパラメータを配置する。ＧＰＳ測位後、パイロット掘削装置を噴射点（孔）の中心に配置し、回転衝撃穿孔の間、空気圧縮機を常にオンにし、圧縮された空気をパワーソースとして、空気圧縮機の空気圧力が０．７〜０．８Ｍｐａであり、空圧式ダウンホールハンマーでの衝撃回転穿孔方法により（注入点）、前記注入点は開口径が１１０ｍｍ、深度が３〜５ｍになるようにして、混合土硬質層や敷地のコンクリートなどの基礎を貫通すればよい。砂利層や破砕し易い崩壊層の場合には、高圧注入段階での高圧注入ドリルパイプの円滑な穿孔を確実にするために、穴にドリルで穿孔する（例えば、スリーブ鋼管を採用する）必要がある。
【００３４】
ステップ２：修復薬剤の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入：
二重管で高圧注入修復を行い、気体（圧縮空気）や液体（修復剤溶液／スラリー）流体を利用して、修復剤と土壌及び地下水との完全な混合を達成するために、土壌を下から上に切断しながら地層中で拡散し、噴射ドリルパイプを設計修復の最大深さまで穿孔した後、高圧グラウトポンプをオンにして、高圧液圧流体（修復剤溶液／スラリー）を噴霧しながら圧縮空気を噴射し、ジェットグラウトドリルを備える自動リフト機構を介して、下から上にドリルパイプをリフトしながら回転させ、薬剤が修復設計の最上レベルに噴射された後、高圧グラウトポンプを停止し、ドリルビットの完全な持ち上げまで圧縮空気を噴霧し続けてから空気の供給を停止する。前記薬剤噴射工程において、空気圧縮機の空気圧力は０．７〜０．８Ｍｐａを保持する。前記高圧グラウトポンプは空気グラウト圧力が２５〜３０Ｍｐａで、グラウト流量は２０〜１２０Ｌ／ｍｉｎ、リフト速度は５〜２０ｃｍ／ｍｉｎ、薬剤の拡散半径は０．８〜３．５ｍである。
【００３５】
ステップ３：薬剤反応の後期モニタリング
修復剤の注入を完成して十分な反応を待った後、一回の注入修復が完成した領域の拡散半径内に、複数の２インチのＰＶＣ地下水モニタリングウェル及び土壌サンプル点を設定し、土壌と地下水サンプルを取得し、修復剤の残留、ｐＨ値や汚染物濃度のパラメータを得るための実験室試験を現場で迅速に組み合わせて、原位置修復の効果を検証し、残留剤をモニタリングする。前記ステップは二回以上の注入補充修復を実施するか否かの根拠として、薬剤の投与パラメータの最適設計に対する指導作用を奏する。
【００３６】
実施例１
本プロジェクトは、南京にある化学プラントの土壌と地下水修復工事である。土壌の修復工事量は２５８０００平方メートルであり、地下水の修復工事量は１７００００平方メートルであり、工事期間の要求は１５０日である。本サイトは土壌の最大修復深度が１２ｍ、２つのシルト粘土層があり、含水層が微細砂層（３〜６ｍや４〜７ｍに分布する）で、地下水は浅くて（約１ｍ程度）豊富にある。土壌及び地下水中の標的汚染物はクロロベンゼン、ベンゼン、ｐ−／ｏ−クロロニトロベンゼンなどのＶＯＣｓ／ＳＶＯＣｓ系の有機物である。修復媒体は土壌と地下水複合汚染、別の地下水汚染領域という二種類に分類される。前期において、ウェルで酸化剤を注入するテスト動作を採用してみたが、コストが高く、拡散半径が小さく、シルト粘土層と飽和層の注入に適さず、建設の進捗が遅く、注入量の保証が難しく、スラリーリターンが深刻であるなどの欠陥があった。修復技術としては主に原位置化学酸化技術を採用した。原位置修復工程にある複雑な難題を解決するために、該工程において、土壌修復工事量の６０％、地下水修復工事量の６６％に本発明を原位置化学酸化の具体的技術として採用し、単一技術で解決できない複雑な汚染サイトの工程の修復が実証され、高比率での適用状況は本発明の優位性を証明した。
【００３７】
システムの建設効率
（１）1セットの孔導入装置の効率：５０〜７０個／日（一つの孔は３ｍを深度にして計数し、一日に８時間稼動する）。
（２）1セットの高圧ジェットグラウト装置の処理力：土壌修復は５００〜９００方土壌／日、地下水の修復は５００〜７００平方／日。
方法の優位性：
（１）適用可能な地層範囲が広い：シルト、砂、シルト砂などの原始地層でもよい；
（２）特定深度の修復を実現でき、修復深度が大きく、効率が高い；
（３）地表を干渉することがなく、修復後に、杭基礎の荷重力に基本的に影響がない；
（４）注入圧力が高く、拡散半径が大きく、含水層の効果が特に著しい；
（５）土壌と地下水を同時に修復、或いは地下水のみを修復することができる。
土壌と地下水の原位置注入−高圧ジェットグラウト注入原位置修復方法の適用統計を表１に示す。
【００３８】
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土壌と地下水の修復効果を表２、表３に示す。
【００３９】
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【００４０】
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【００４１】
上記内容は、本発明の趣旨全体を基礎とした好ましい具体的な実施様態であり、本発明はこれらに限定されるわけではない。当業者が本発明に開示した技術範囲内で容易に想到できる変更・置換は全て本発明の保護範囲に属すべきである。したがって、本発明の保護範囲は特許請求の範囲に依拠すべきである。
【符号の説明】
【００４２】
１：調剤室、２：調剤室の出口バルブ、３：調剤室の出口ステンレス鋼クイックコネクタ、４：高圧グラウトポンプの入口バルブ、５：高圧グラウトポンプ、６：高圧グラウトポンプの圧力メータ、７：高圧グラウトポンプの出口バルブ、８：高圧グラウトパイプ（液体の注入方向）、１１：空気圧縮機、１３：空気圧縮機の出口バルブ、１４：圧縮空気パイプ（及び空気の注入方向）、１５：ジェットグラウトドリル、１６：パワーヘッド、１７：高圧水流ジョイント、１８：高圧水流ジョイントの薬剤流体入口、１９：高圧水流ジョイントの空気流体入口、２０：第二重管水流ジョイント、２１：ジェットグラウトドリルのグラウトパイプの自動リフト機構、２２：高圧噴射ドリルパイプ、２３：高圧噴射三重ドリルパイプの内管、２４：高圧噴射三重ドリルパイプの外管、２５：孔導入部、２６：未グラウト化部、２７：グラウト注射修復部、２８：薬剤噴射ノズル、２９：薬剤噴射液体、３０：空気噴射ノズル、３１：空気噴射気体、３２：超硬合金ブロック、３３：ドリルビット、３４：薬剤の浸透拡散区域、３５：薬剤の分割撹拌区域、３６：薬剤の拡散方向、３７：雑地層、３８：シルト粘土層、３９：微細砂層（含水層）、４０：シルト粘土層、４１：地下水位埋設深度、Ｒ１：分割撹拌半径、Ｒ２：浸透拡散半径（Ｒ１＋Ｒ２は薬剤の有効拡散半径）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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